在离子阱中分离离子制造技术

本发明专利技术公开一种方法，其包括：在离子阱(40)中截留离子；在第一方向上对所述离子阱内的所述离子施加第一力，所述力具有取决于所述离子的物理化学性质的值的量值；在相反的方向上对这些离子施加第二力以使得所述离子由于所述第一和第二力而根据所述物理化学性质值分离；以及随后将离子脉冲或驱动出所述离子阱的一个或多个区。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在离子阱中分离离子相关申请的交叉引用本申请要求2015年4月23日提交的第1506909.9号英国专利申请、2015年4月23日提交的第1506906.5号英国专利申请以及2015年4月23日提交的第1506908.1号英国专利申请的优先权和权益。这些申请案中的每一个的全部内容以引用的方式并入本文中。
本专利技术大体上涉及质谱仪和/或离子迁移率谱仪以及质谱法和/或离子迁移率谱法的方法。本专利技术的实施例涉及用于根据物理化学性质对离子进行过滤的离子过滤器、用于改善离子迁移率测量的分辨率的方法和设备，以及用于改善例如飞行时间(ToF)质量分析器等不连续离子分析器的工作循环的方法和设备。
技术介绍
本专利技术的第一组实施例涉及离子过滤器。质谱法中存在需要低分辨率或不良质量质荷比过滤器的许多情形。举例来说，可以使用低通质量过滤器来限制进入飞行时间(ToF)质量分析器的质荷比的范围，以便移除所谓的“绕回”的效应。并且，在MSe“猎枪”实验中常常使用高通质量过滤器(有时称为低质量截止过滤器)来清除母代及子代数据，所述实验即周期性地将母代离子分段且在母代离子分析模式与子代离子分析模式之间交替的实验。然而，需要提供对离子进行过滤的改进的方法以及改进的离子过滤器。本专利技术的第二组实施例涉及改善离子迁移率测量的分辨率。漂移时间离子迁移率分离器(IMS)的最大分辨率与漂移路径的长度的平方根和电场成比例。举例来说，在参数中需要四倍的增加以获得分辨率的两倍的增加。需要提供离子迁移率分离的改进的方法以及具有改进的分辨率的IMS装置。本专利技术的第三组实施例涉及改善不连续离子分析器的工作循环。已知从离子阱质量选择性喷射离子进入飞行时间(ToF)质量分析器的推动器区中，以便将给定范围的质荷比时间聚焦于推动器内，且因此增加分析器的工作循环。还已知使用离子迁移率分离器来时间分离ToF质量分析器上游的离子，并且然后同步ToF分析器的推动器与来自离子迁移率分离器的离子的到达时间。然而，此方法一般仅适合与单个电荷态的离子一起使用，因为离子迁移率分离导致不同电荷态的离子的时间分离。还已知将离子从小的低分辨率TOF区释放到行波离子导向器中。沿着离子导向器的行波的速度受控制以使得所需的质量范围可以被时间分离且引入到TOF质量分析器的推动器区中，以便增加质量分析器的工作循环。然而，行波的速度要求可能导致在低质荷比下离子的显著分段。需要提供和改进的方法及设备以用于改善例如飞行时间(ToF)质量分析器等不连续离子分析器的工作循环。
技术实现思路
从第一方面，本专利技术提供一种根据至少一个物理化学性质过滤离子的方法，其包括：在离子阱中截留离子；以及随后根据所述至少一个物理化学性质在所述离子阱内空间分离所述离子以使得离子变为根据已知的、所确定或估计的物理化学性质分布而分布于所述离子阱内，使得具有所述物理化学性质的不同值的离子截留于所述离子阱的不同区中；为需要从所述离子阱喷射的第一离子选择所述物理化学性质的所需第一值或第一值范围；从所述已知的、所确定或估计的物理化学性质分布确定所述第一离子位于的所述离子阱的第一区；以及随后将截留于所述区中的第一离子驱动或脉冲出所述离子阱。本专利技术使得能够选择在所述任何一个时间被驱动出所述离子阱的离子的物理化学性质值，从而过滤所述离子。本专利技术还缓解了空间电荷效应，因为离子根据物理化学性质分布于离子阱中。WO2005/106922公开了一种用于通过使用DC和AC电场对离子施加反作用力，并且接着改变所述力以使得离子按质荷比的次序喷射而质量选择性喷射离子的装置。然而，根据此技术，沿着装置的物理化学性质分布不是已知的、所确定或估计的。因此，此技术未基于已知的、所确定或估计的物理化学性质分布而确定具有物理化学性质的选定值或值范围的离子所位于的区，并且接着将截留于此区中的离子驱动或脉冲出离子阱。而是，在WO'922中不存在确定需要喷射的离子所位于的区的位置的步骤。这是因为离子被质量选择性扫描出装置，并且因此在任何给定时间喷射的离子始终位于邻近装置的出口处。这些差异产生是因为与本专利技术的实施例相比，WO'922中的装置不过滤离子以便仅选择性传送所关注离子。而是，在WO'922中，所有离子被扫描出装置。US2002/0070338公开了根据离子迁移率分离离子，停止离子迁移率分离，并且接着沿着装置的长度升高一系列电位阱以便锁定离子迁移率分离。随后通过在装置的出口端开始按顺序打开电位阱而循序地喷射离子。然而，根据此技术，离子在截留于离子阱中之后不空间分离。并且，沿着装置的物理化学性质分布也不是已知的、所确定或估计的。因此，此技术未基于已知的、所确定或估计的物理化学性质分布而确定具有物理化学性质的选定值或值范围的离子所位于的区，并且接着将截留于此区中的离子驱动或脉冲出离子阱。而是，在US'338中，离子始终从装置的出口处的截留区释放。根据所述第一方面的方法，截留于所述不同截留区中的另一个中的离子可以在所述将所述第一离子驱动或脉冲出离子阱期间保持截留于那些区中。举例来说，在离子阱具有纵向轴线且离子根据物理化学性质值沿着所述轴线分布的情况下，在第一离子被驱动或脉冲出离子阱的同时，以及任选地在其它离子被驱动或脉冲出离子阱之前，所述其它离子可以保持截留于其相应轴向位置。电压供应器可以将电压施加到离子阱以便在所述将所述第一离子驱动或脉冲出离子阱期间致使所述离子保持截留于其相应截留区中。所述方法可以包括：为需要从所述离子阱喷射的第二离子选择所述物理化学性质的所需值或值范围；从所述已知的、所确定或估计的物理化学性质分布确定所述第二离子位于的所述离子阱的第二不同区；以及随后将截留于所述第二区中的所述第二离子驱动或脉冲出所述离子阱。可以重复喷射的方法用于将第三、第四或额外群组的离子驱动或脉冲出离子阱的相应第三、第四或额外区。不同群组的离子可以在彼此不同的时间从离子阱喷射。所述方法可以包括在任何一个时间将截留于所述不同区中的仅一个中的离子驱动或脉冲出离子阱。因此，所述空间分离离子的步骤可以致使具有所述物理化学性质的所述第一值或第一值范围的离子截留于第一区中，且具有所述物理化学性质的第二值或第二值范围的离子截留于所述不同区中的第二个中；且所述驱动或脉冲离子的步骤可以在第一时间仅将具有所述物理化学性质的所述第一值或第一值范围的所述离子驱动或脉冲出离子阱。所述方法可以包括在第二稍后时间仅将具有所述物理化学性质的所述第二值或第二值范围的所述离子驱动或脉冲出离子阱。所述方法可进一步包括执行一个或多个进一步操作循环，其中每一循环包括：将截留的离子驱动或脉冲出离子阱的所述区中的一个，同时保持截留于离子阱的其它区中的其它离子；其中对于每一后续操作循环，将离子驱动或脉冲出离子阱的与先前操作循环不同的区。对于每一后续操作循环，可以从与先前操作循环中离子被驱动出的区相比更远离离子阱的出口的截留区将离子驱动或脉冲出离子阱。离子阱可以包括伸长的离子截留体积，且具有所述物理化学性质的所述不同值的离子可以沿着离子阱的纵向轴线截留于不同区中。具有所述物理化学性质的所述不同值的离子在从离子阱的出口被驱动出离子阱之前可以在距所述出口的不同距离处截留于离子阱中。离子阱可以具有纵向轴线，且离子被驱动或脉冲出的所述区不可为邻近本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种根据至少一个物理化学性质过滤离子的方法，其包括：在离子阱中截留离子；以及随后根据所述至少一个物理化学性质在所述离子阱内空间分离所述离子以使得离子变为根据已知的、所确定或估计的物理化学性质分布而分布于所述离子阱内，使得具有所述物理化学性质的不同值的离子截留于所述离子阱的不同区中；为需要从所述离子阱喷射的第一离子选择所述物理化学性质的所需第一值或第一值范围；从所述已知的、所确定或估计的物理化学性质分布确定所述第一离子位于的所述离子阱的第一区；以及随后将截留于所述区中的第一离子驱动或脉冲出所述离子阱。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.23 GB 1506908.1;2015.04.23 GB 1506906.5;201.一种根据至少一个物理化学性质过滤离子的方法，其包括：在离子阱中截留离子；以及随后根据所述至少一个物理化学性质在所述离子阱内空间分离所述离子以使得离子变为根据已知的、所确定或估计的物理化学性质分布而分布于所述离子阱内，使得具有所述物理化学性质的不同值的离子截留于所述离子阱的不同区中；为需要从所述离子阱喷射的第一离子选择所述物理化学性质的所需第一值或第一值范围；从所述已知的、所确定或估计的物理化学性质分布确定所述第一离子位于的所述离子阱的第一区；以及随后将截留于所述区中的第一离子驱动或脉冲出所述离子阱。2.根据权利要求1所述的方法，其中截留于所述不同截留区中的另一个中的离子在所述第一离子的所述驱动或脉冲出所述离子阱期间保持截留于那些区中。3.根据权利要求1或2所述的方法，其包括：为需要从所述离子阱喷射的第二离子选择所述物理化学性质的所需值或值范围；从所述已知的、所确定或估计的物理化学性质分布确定所述第二离子位于的所述离子阱的第二不同区；以及随后将截留于所述第二区中的所述第二离子驱动或脉冲出所述离子阱。4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中所述离子阱包括伸长的离子截留体积，且其中具有所述物理化学性质的所述不同值的离子沿着所述离子阱的纵向轴线截留于不同区中。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中具有所述物理化学性质的所述不同值的所述离子在从所述离子阱的出口被驱动出所述离子阱之前在距所述出口的不同距离处截留于所述离子阱中。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述离子阱具有纵向轴线，且其中所述离子被驱动或脉冲出的所述区不是邻近于所述离子阱的纵向末端处的出口的区。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述离子根据所述至少一个物理化学性质在所述离子阱内空间分离以使得所述离子根据其物理化学性质值沿着所述离子阱分散，而所述空间分离的截留离子不会被势垒分离。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述空间分离所述离子的步骤包括：在第一方向上将第一力施加到所述离子阱内的所述离子，所述力具有取决于所述离子的所述至少一个物理化学性质的所述值的量值；以及在相反的方向上对这些离子施加第二力；任选地其中所述第二力的量值不取决于所述离子的所述至少一个物理化学性质的所述值。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述离子阱包括一个或多个电极，且所述方法包括通过将AC或RF电位施加到所述电极以便产生在所述第一方向上推动离子的伪电位电场而产生所述第一力。10.根据权利要求8或9所述的方法，其中所述离子阱包括一个或多个电极，且所述方法包括通过将一个或多个DC电位施加到所述一个或多个电极以便产生在所述第二方向上推动离子的DC电压或DC电压梯度而产生所述第二力；和/或其中提供气流通过所述离子阱以便产生所述第二力。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述将截留的离子驱动或脉冲出所述离子阱的区的步骤包括沿着离子正被驱动或脉冲出的所述截留区改变电位；和/或使电位沿着所述离子阱的至少一部分行进以便将所述离子驱动出所述离子阱。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包括当将离子驱动或脉冲出所述第一区时改变沿着所述第一区的电位分布，和/或当将离子驱动或脉冲出第二不同区时改变沿着所述第二区的电位分布。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中具有所述物理化学性质的所述选定值或值范围的所关注离子从所述离子阱喷射且传送到离子分析器或离子存储装置。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中并不关注的具有所述物理化学性质的值或值范围的不希望的离子从所述离子阱喷射或释放和/或被丢弃或中和。15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述离子阱是伸长的离子阱，且所述从所述离子阱的所述不同区中的至少一些喷射离子的步骤是通过从所述不同区中的所述至少一些轴向喷射所述离子而执行；或其中所述离子阱是伸长的离子阱，且所述从所述离子阱的所述不同区中的至少一些喷射离子的步骤是通过从所述不同区中的所述至少一些径向喷射所述离子而执行。16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一个物理化学性质是质荷比和/或离子迁移率。17.一种质谱法或离子迁移率谱的方法，其包括：根据根据前述权利要求中任一项所述的方法过滤离子；以及对被驱动或脉冲出所述离子阱的离子进行质量分析或离子迁移率分析。18.一种用于根据至少一个物理化学性质过滤离子的离子过滤器，其包括：离子阱，其用于截留离子；离子分离器，其用于根据至少一个物理化学性质在所述离子阱内空间分离所述离子；离子驱动或脉冲装置，其用于将离子驱动或脉冲出所述离子阱；以及控制器，其具有处理器和电子电路，所述处理器和电子电路被调适且被配置成：控制所述离子阱以便在其中截留离子；控制所述离子分离器以便根据所述至少一个物理化学性质在所述离子阱内空间分离所述离子以使得离子变为根据选定的物理化学性质分布而分布于所述离子阱内，使得具有所述物理化学性质的不同值的离子截留于所述离子阱的不同区中；基于所述物理化学性质分布而确定具有所述物理化学性质的预先选择的第一值或第一值范围的离子所位于的所述离子阱的第一区；以及随后将截留于所述区中的第一离子驱动或脉冲出所述离子阱。19.一种质谱仪或离子迁移率谱仪，其包括根据权利要求18所述的离子过滤器，以及用于检测被驱动或脉冲出所述离子阱的离子的检测器。20.一种质谱仪或离子迁移率谱仪，其包括根据权利要求18所述的离子过滤器，以及用于分析被驱动或脉冲出所述离子阱的离子的质量分析器或离子迁移率分析器。21.一种根据至少一个物理化学性质过滤离子的方法，其包括：在离子阱中截留离子；根据所述至少一个物理化学性质在所述离子阱内空间分离所述离子以使得具有所述物理化学性质的不同值的离子截留于所述离子阱的不同区中；以及随后将截留于所述不同区中的一个中的离子驱动出所述离子阱，任选地其中在任何一个时间将截留于所述不同区中的仅一个中的离子驱动出所述离子阱。22.一种用于根据至少一个物理化学性质过滤离子的离子过滤器，其包括：离子阱；离子分离器；离子驱动装置；以及控制器，其被配置成：控制所述离子阱以在其中截留离子；控制所述离子分离器以便根据所述至少一个物理化学性质在所述离子阱内空间分离所述离子以使得具有所述物理化学性质的不同值的离子截留于所述离子阱的不同区中；以及随后控制所述离子驱动装置以便在任何一个时间将截留于所述不同区中的仅一个中的离子驱动出所述离子阱。23.一种离子迁移率谱法和/或质谱法的方法，其包括：在离子阱中截留离子；根据至少一个物理化学性质在所述离子阱内空间分离所述离子；将所述分离的离子脉冲出所述离子阱且进入离子迁移率分离器，其中在所述空间分离步骤中已经彼此分离的离子在同一离子脉冲中被脉冲出所述离子阱且进入所述离子迁移率分离器；以及根据离子迁移率对被脉冲进入所述离子迁移率分离器的所述离子进行分离。24.根据权利要求23所述的方法，其中所述将所述离子脉冲出所述离子阱的步骤包括在单个脉冲中将所有离子脉冲出所述阱。25.根据权利要求23或24所述的方法，其中所述空间分离所述离子的步骤致使具有所述物理化学性质的不同值或所述物理化学性质的不同值范围的离子截留于所述离子阱内的不同位置处；和/或其中具有所述物理化学性质的不同值或所述物理化学性质的不同值范围的离子在所述脉冲步骤期间从所述离子阱内的不同位置被脉冲出所述离子阱。26.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述离子阱包括线性离子阱，或其中所述离子阱是伸长的；并且其中在所述空间分离所述离子的步骤期间离子沿着所述离子阱的纵向轴线空间分离。27.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包括在将在所述脉冲中被脉冲进入所述离子迁移率分离器的所有所述离子已经积聚之后空间分离所述离子；或在所述离子正在所述离子阱中积聚的同时空间分离所述离子。28.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一个物理化学性质是质荷比和/或离子迁移率。29.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法包括执行多个操作循环，其中每一循环包括以下步骤：(i)在所述离子阱中接收且截留离子；(ii)在所述离子阱内根据所述至少一个物理化学性质空间分离所述离子；以及(iii)将所述离子脉冲出所述离子阱且进入离子迁移率分离器，其中在步骤(ii)中已经彼此分离的离子在同一离子脉冲中被脉冲出所述离子阱且进入所述离子迁移率分离器。30.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述空间分离所述离子的步骤包括在第一方向上对所述离子阱内的所述离子施加第一力，所述力具有取决于所述离子的所述至少一个物理化学性质的值的量值；以及在相反的方向上对这些离子施加第二力；任选地其中所述第二力的量值不取决于所述离子的所述至少一个物理化学性质的所述值。31.根据权利要求30所述的方法，其中对于具有不同物理化学性质值的离子，所述第一和第二力在所述离子阱内的不同位置处平衡，以使得不同离子截留于所述不同位置。32.根据权利要求30或31所述的方法，其中所述离子阱包括多个电极，且所述方法包括通过将AC或RF电位施加到所述电极以便产生在所述第一方向上推动离子的伪电位电场而产生所述第一力。33.根据权利要求30、31或32所述的方法，其中所述离子阱包括一个或多个电极，且所述方法包括通过将一个或多个DC电位施加到所述一个或多个电极以便产生在所述第二方向上推动离子的DC电压或DC电压梯度而产生所述第二力；和/或其中提供气流通过所述离子阱以便产生所述第二力。34.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包括在所述脉冲步骤期间使电位沿着所述离子迁移率分离器行进以便将离子驱动出所述离子阱且进入所述离子迁移率分离器，任选地其中所述电位以恒定速度沿着所述离子阱行进。35.一种离子迁移率谱仪和/或质谱仪，其包括：离子阱，其用于截留离子；空间分离器，其用于在所述离子阱内空间分离所述离子；离子迁移率分离器，其用于根据离子的离子迁移率分离所述离子；脉冲装置，其用于将离子脉冲出所述离子阱；以及控制器，其被布置且调适成控制所述谱仪以：操作所述空间分离器以便根据至少一个物理化学性质在所述离子阱内分离...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹森·李·维尔德古斯，基思·理查森，大卫·J·兰格里奇，马丁·雷蒙德·格林，史蒂文·德里克·普林格尔，
申请(专利权)人：英国质谱公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB